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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Blasenglocke, welche
zum Verbinden mit einem Umverteilungsboden gemäss dem Oberbegriff von Anspruch
1 geeignet ist.
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Erörterung des Standes der Technik
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Viele
katalytische Prozesse werden in Reaktionsgefässen durchgeführt, die
eine Reihe von getrennten Katalysatorbetten enthalten. Häufig sind
bei solchen Prozessen vorteilhaft Einspritzzonen-Mischvorrichtungen
angeordnet, um eine schnelle und effiziente Mischung der im Reaktionsgefäß gerade
verarbeiteten Fluidströme
mit einem von außen
zugeführten
kühleren
Fluidstrom zu bewerkstelligen. Infolge dessen kann die Temperatur
des in die aufeinanderfolgenden Katalysatorbetten eintretenden Prozessstroms
gesteuert werden. Für
Fachleute versteht es sich, dass die Temperatur und die Reaktion umso
besser gesteuert werden können,
je besser die Vermischung der Reaktandenströme ist. Als Ergebnis verbessert
sich die Leistung des Reaktionsgefässes.
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Beispiele
für Einspritzzonen-Mischvorrichtungen
finden sich etwa im
US-Patent
Nr. 3 353 924 ,
US-Patent
Nr. 3 480 407 ,
US-Patent
Nr. 3 541 000 ,
US-Patent
Nr. 4 669 890 und
US-Patent
Nr. 5 152 967 . Einige dieser Vorrichtungen sind kompliziert
und anfällig
gegen Verstopfungen. Andere benötigen
relativ viel vertikalen Platz, um den gewünschten Mischungsgrad sicherzustellen.
Wieder andere erzeugen einen unerwünscht starken Druckabfall.
Folglich besteht weiterhin Bedarf an einer geeigneten Einspritzzonen-Mischeinrichtung,
die Fluidströme
effizient in einem niedrigen vertikalen Raum unter annehmbar geringem
Druckabfall mischen kann.
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Typischerweise
befinden sich die Einspritzzonen-Mischvorrichtungen oberhalb eines
zugehörigen
Fluidverteilsystems, zum Beispiel einer horizontal angeordneten
Verteilerplatte oder eines horizontal angeordneten Verteilerbodens.
Die Verteilerplatte sammelt das Fluid (Dampf und Flüssigkeit),
verteilt es gleichmäßig über die
Platte und entlässt
das Fluid auf das Katalysatorbett. Ein solcher Verteilerboden kann
eine Anzahl von "Blasenglocken"-Anordnungen 10 enthalten,
die sich über
eine oder mehrere im Verteilerboden ausgebildete Öffnungen
erstrecken. Die Blasenglocke sorgt für eine intensive Vermischung des
Dampfs und der Flüssigkeit,
bevor das gemischtphasige Fluid über
das Katalysatorbett verteilt wird.
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Das
Dokument
WO 97/46303 offenbart
in den
6A und
6B eine
Blasenglocke. Ein Nachteil dieser Blasenglocke ist, dass Dampf und Flüssigkeit
nicht gleichmässig
verteilt sind.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung einen Verteilvorrichtung zur Verfügung zu
stellen, um die Verteilung von Dampf- und Flüssigkeitsphasen zu verbessern.
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Dies
wird erreicht durch eine Blasenglocke aufweisend die Merkmale von
Anspruch 1 und eine Mischvorrichtung aufweisend die Merkmale von
Anspruch 8. Die Ansprüche
2 bis 7 sind auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
gerichtet.
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Kurzfassung der Erfindung
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Somit
ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Verteileinichtung mit einer
Blasenglocke zur Verfügung
zu stellen.
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Es
versteht sich, dass die Verteileinrichtung mit der Einspritzzonen-Mischvorrichtung
zusammenhängen
kann oder getrennt von der Einspritzzonen-Mischvorrichtung verwendet
werden kann, zum Beispiel an der Spitze des Reaktionsgefäßes.
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Die
Verteileinrichtung enthalt eine Umverteilungsplatte (im weiteren
auch als "Platte" bezeichnet), die
eine Mehrzahl von Öffnungen
und eine Mehrzahl von Blasenglocken aufweist, wobei wenigstens einige
der Blasenglocken wenigstens einigen der Öffnungen zugeordnet sind. Bei
einer Ausführungsform
sind unter der Umverteilungsplatte eine Mehrzahl von Auffangschalen
im Wesentlichen horizontal angeordnet. Wenigstens einige der Auffangschalen
sind wenigstens einigen der Blasenglocken zugeordnet. Die Auffangschalen
nehmen aus den zugeordneten Blasenglocken austretende Fluide auf und
verteilen sie durch wenigstens einen an der Unterseite der Auffangschale
ausgebildeten Auslass. Bei einer weiteren Ausführungsform haben die Auffangschalen
wenigstens zwei Auslasse, um den aus der Blasenglocke aufgefangenen
Fluidrieselstrom zu vervielfachen und das Fluid symmetrisch über die Katalysatoroberfläche zu verteilen.
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Anstelle
der Auffangschalen kann wenigstens ein Ablenkblech, vorzugsweise
eine Mehrzahl von Ablenkblechen, unter dem Umverteilungsboden angeordnet
sein. Vorzugsweise sind wenigstens einige der Ablenkbleche wenigstens
einigen der Blasenglocken zugeordnet.
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Wie
oben bemerkt, enthält
die Einspritzzonen-Mischeinrichtung eine Wirbelkammer. Die Wirbelkammer
ist ausgebildet, Fluide aus vorgelagerten Teilen des Reaktionsgefässes zu
empfangen (zum Beispiel jene Fluide, die aus einem oberhalb der
Wirbelkammer angeordneten Katalysatorbett austreten). Vorzugsweise
ist die Wirbelkammer im Wesentlichen zylindrisch. Die Wirbelkammer
weist eine Wand auf, die sich zwischen einer Decke und einem Boden
befindet. Die Wand besitzt eine Mehrzahl von Öffnungen, wie zum Beispiel
Einlassöffnungen,
die eine Einrichtung zur Strömungsverbindung
in die Wirbelkammer bilden. Der Boden umgibt eine Mündung, die
einen Strömungsauslass
aus der Wirbelkammer bildet. Vorzugsweise ist um den Umfang der
Mündung
ein Damm ausgebildet. Im Inneren der Wirbelkammer sind Prallbleche
angeordnet, die die Dampf- und Flüssigkeitsphasenwirbel stabilisieren,
die erforderliche Gesamthöhe
der Wirbelkammer verringern, einen breiten Betriebsbereich für den Dampf-
und Flüssigkeitsdurchsatz
bieten und innerhalb jeder der Fluidphasen die Turbulenz/Vermischung
fördern.
Wenigstens einige der Öffnungen
haben ein den Öffnungen
zugeordnetes Prallblech.
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Das
Grobverteilungsnetz ist unter der Wirbelkammer angeordnet, um Fluide
aus der Wirbelkammer aufzunehmen. Das Grobverteilungsnetz weist
eine Spritzplatte und radial nach aussen verlaufende Kanäle auf.
Die Spritzplatte ist ausgebildet, Fluide aus der Wirbelkammer zu
sammeln und durch die Kanäle
radial nach aussen zu verteilen. Vorzugsweise weisen die Kanäle Seitenwände mit
voneinander beabstandeten Kerben auf, damit Fluid aus den Kanälen austreten
kann. Aus den Kanälen
austretende Fluide fallen auf eine Verteileinrichtung, die unter dem
Grobverteilungsnetz angeordnet ist.
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Vorzugsweise
enthält
die Verteileinrichtung die Umverteilungsplatte, die im Wesentlichen
horizontal unter dem Grobverteilungsnetz und der Wirbelkammer montiert
ist. Die Umverteilungsplatte erstreckt sich im Wesentlichen über den
gesamten Querschnitt des Gefässes,
um einen oberen Teil des Gefässes
von einem unteren Teil zu trennen. Die Umverteilungsplatte besitzt
eine Mehrzahl von Öffnungen
und eine Mehrzahl von Blasenglocken, die den Öffnungen der Umverteilungsplatte
zugeordnet sind. In noch bevorzugterer Ausführung ist jeder Öffnung eine
Blasenglocke zugeordnet und bildet dabei die einzige Möglichkeit
für Fluidströmung durch
die Platte.
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Die
Blasenglocken weisen ein Steigrohr und einen davon beabstandeten
Deckel auf. Das Steigrohr hat ein oberes Ende und ein unteres Ende
und ist nahe seines unteren Endes an der Umverteilungsplatte befestigt.
Zwischen dem oberen und dem unteren Ende ist ein Verbindungsweg
gebildet und bildet eine Strömungsverbindung Über die
Umverteilungsplatte hinweg. Vorzugsweise weist die Glocke eine Mehrzahl
von voneinander beabstandeten Schlitzen auf, um die Strömung von
Fluiden durch die Glocke und in den von Glocke und Steigrohr gebildeten
Ringraum zu ermöglichen.
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Die
Erfindung ist auf eine Blasenglocke gerichtet, die folgende Merkmale
aufweist: ein Steigrohr mit einem unteren Ende, das sich innerhalb
einer in einer Platte der Verteileinrichtung ausgebildeten Öffnung befindet
und durch diese Öffnung
erstreckt, und einem oberen Ende, um zwischen den Enden einen Durchgang
zu bilden, der einen Einlass und einen Auslass aufweist; eine über dem
oberen Ende des Steigrohrs angeordnete Glocke, die einen oberen Abschnitt
und einen nach unten verlaufenden Schürzenabschnitt aufweist; einen
zwischen dem Steigrohr und der Glocke angeordneten Abstandshalter
zum Aufrechterhalten eines Spalts zwischen dem oberen Ende des Steigrohrs
und der Glocke; und ein unter dem Auslass des Durchgangs angeordnetes
Ablenkblech.
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Das
Ablenkblech kann jede gewünschte Konstruktion
aufweisen, und es lenkt den größten Teil des
vom Steigrohrdurchgang nach unten strömenden Fluids um, so dass das
Fluid ein relativ breites Sprühmuster über das
in Strömungsrichtung
nachgelagerte Katalysatorbett ausbildet (im Vergleich zum Fluidströmungsmuster
aus einer Blasenglocke ohne das Ablenkblech).
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Darüber hinaus
ist die Erfindung auf eine Blasenglocke gerichtet, die folgende
Merkmale aufweist: ein Steigrohr mit einem unteren Ende, das sich innerhalb
einer in der Platte der Verteileinrichtung ausgebildeten Öffnung befindet
und durch diese Öffnung
erstreckt, und einem oberen Ende, um zwischen den Enden einen Durchgang
zu bilden; eine über
dem oberen Ende des Steigrohrs angeordnete Glocke, die einen oberen
Abschnitt und einen nach unten verlaufenden Schürzenabschnitt aufweist; wenigstens
einen zwischen dem Steigrohr und der Glockeangeordneten Abstandshalter
zum Aufrechterhalten eines Spalts zwischen dem oberen Ende des Steigrohrs
und der Glocke; und eine Mehrzahl von Steigrohrschaufeln, die zwischen
dem oberen Ende des Steigrohrs und dem oberen Abschnitt der Glocke angeordnet
sind. Zwischen dem Steigrohr und der Glocke bildet sich ein Ringraum
(„Blasenglockenring"). Die Steigrohrschaufeln
schliessen mit der Unterseite der oberen Blasenglockenwand vorzugsweise
bündig
ab. Die Steigrohrschaufeln sind voneinander so beabstandet, dass
sie Schaufeldurchlässe
bilden. Vorzugsweise sind die Schaufeldurchlasse die einzigen (oder
alleinigen) Einrichtungen zur Strömungsverbindung zwischen dem
Blasenglockenring und dem Steigrohrdurchgang.
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Eine
Blasenglocke kann auch das Ablenkblech und die Steigrohrschaufeln
umfassen.
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Das
Ablenkblech und/oder die Steigrohrschaufeln (wie hier beschrieben)
können
auch in einer Blasenglocke von beliebig anderer Konstruktion enthalten
sein.
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Bei
einer Ausführungsform
des Verfahrens ist wenigstens einigen der Blasenglocken ein Ablenkblech
zugeordnet. Ebenso können
in wenigstens einigen der Blasenglocken Steigrohrschaufeln vorhanden
sein.
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Der
Ausdruck „Fluid", wie er in der Beschreibung
und den Ansprüchen
verwendet ist, ist in der Weise gemeint, dass er sowohl Flüssigkeiten
als auch Gase umfasst. Die Ausdrücke „Dampf
` und „Gas" sind hier austauschbar
verwendet.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungsfiguren
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1 zeigt
ein Reaktionsgefäss
mit mehreren Katalysatorbetten, wobei ein Teil weggeschnitten ist,
um eine vertikale Schnittansicht eines Teils der Verteileinrichtung
und der Einspritzzonen-Mischeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung
sichtbar zu machen (Stand der Technik).
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Teils der Einspritzzonenmischund
Verteileinrichtung, wobei mehrere Teile entfernt sind, um die Einzelheiten
der Einrichtung besser zu zeigen. Es versteht sich, dass der nicht
gezeigte Teil der Einspritzzonen-Mischeinrichtung radialsymmetrisch
zum dargestellten Teil ist (Stand der Technik).
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6A ist
eine perspektivische Ansicht des Umverteilungsbodens, der bei einer
aus dem Stand der Technik bekannten Verteileinrichtung verwendet wird.
Aus Klarheitsgründen
sind viele der einzelnen Blasenglocken nicht dargestellt.
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6B ist
eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Blasenglocke, die einer Öffnung des Umverteilungsbodens
nach 6A zugeordnet ist, mit ihrer Auffangschale. Teile
sind weg geschnitten, um die Einzelheiten der Blasenglocke und der
Auffangschale zu zeigen (Stand der Technik).
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10 ist
eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Blasenglocke.
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11 ist
eine Draufsicht auf die Blasenglocke entlang der in 10 eingetragenen
Linie 11-11.
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12 ist
eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils der Blasenglocke
nach 10.
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13 ist
eine Querschnittsansicht einer Blasenglocke mit einem alternativen
Ablenkblech.
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14 ist
eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Ablenkblechs.
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15 ist
eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Ablenkblechs.
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16 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Blasenglocke
mit Steigrohrschaufeln.
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17 ist
eine Draufsicht auf einen Schnitt entlang der in 16 eingetragenen
Blicklinie 17-17 durch die Blasenglocke nach 16.
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18 ist
eine Ansicht einer aufgeschnittenen Ausführungsform einer Blasenglocke
mit einer alternativen Konstruktion von Steigrohrschaufeln.
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19 ist
eine Draufsicht auf einen Schnitt entlang der Blicklinie 19-19 durch
die Blasenglocke nach 18.
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Eingehende Beschreibung der
Erfindung und bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Die
Einspritzzonen-Mischeinrichtung wird nun unter Bezugnahme auf ihre
Verwendung in einem Reaktionsgefäß [Reaktor]
mit mehreren Katalysatorbetten beschrieben, in dem die Einrichtung
in einer Zone zwischen zwei Katalysatorbetten angeordnet ist. Es
versteht sich für
einen einschlägigen
Fachmann, dass die Einrichtung auch in nicht katalytischen Gefäßen oder
Reaktoren verwendet werden kann.
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Wie
in 1 gezeigt, weist der Reaktor 10 ein zylindrisches
Gefäss
auf. Obwohl das Gefäß vorzugsweise
im wesentlichen zylindrisch ist, kann es auch jede beliebige Gestalt
haben, die sich für
Herstellungszwecke eignet. Das Gefäß ist typischerweise aus korrosionsbeständigem Metall
oder einem äquivalenten
Material gebaut, zum Beispiel rostfreiem Stahl, überschweißten Chromlegierungsstählen oder
dergleichen. Das Gefäss
ist normalerweise innen oder außen
isoliert zum Zweck eines Betriebs bei erhöhten Temperaturen.
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Typischerweise
ist am oberen Gefässende ein
ins Gefäss
führender
Einlass 12 vorhanden, nämlich
zur vereinfachten Befüllung
des Gefäßes mit
Katalysatormaterial, zur routinemäßigen Wartung oder zum Einströmen von
Fluid, wie durch die jeweilige Anwendung festgelegt. Am unteren
Teil des Gefässes
ist das Gefäss
mit einem Auslass 14 versehen, um das Ablassen des Fluidproduktes
zu ermöglichen.
Einspritzfluid wird in das Gefäss
typischerweise durch eine Seitenwanddüse 13 eingelassen,
die an einem Einspritzspeiserohr angeschlossen ist. Alternativ kann
ein Einspritzfluid von oben oder von unten in das Reaktionsgefäss eingeleitet
werden.
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Ein
weg geschnittener Teil 17 zeigt eine vertikale Teilschnittansicht
der Verteileinrichtung und der Einspritzzonen-Mischeinrichtung.
Zwischen einem oder mehreren aufeinander folgenden Katalysatorbetten
befindet sich die Einspritzzonen-Mischeinrichtung 16 nach
der vorliegenden Erfindung. Die Einrichtung umfasst eine Wirbelkammer 20,
ein Grobverteilungsnetz 100 und vorzugsweise eine Verteileinrichtung 120.
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Die
Wirbelkammer 20 empfängt
und mischt ein Einspritzfluid, typischerweise aus einer externen Quelle,
mit einer aus dem darüber
liegenden Katalysatorbett austretenden Strömung eines reaktionsfähigen Prozessfluids
(„Prozessfluids", „Prozessstroms" oder „Reaktionsfluids"). Das Einspritzfluid kann
eine vom Prozessfluid unterschiedliche Temperatur haben und kann
zugeführt
werden, um die Temperatur des Prozessfluids zu steuern. Das Einspritzfluid
kann auch zugeführt
werden, um die Zusammensetzung des Prozessstroms einzustellen.
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Das
Grobverteilungsnetz (oder -system) 100 sammelt einen Produktstrom
aus der Wirbelkammer („Wirbelkammerproduktstrom") und verteilt ihn
radial nach aussen zur Verteileinrichtung. Die Verteileinrichtung 120 weist
eine Umverteilungsplatte 122 (oder Platte 122),
eine Anzahl von Blasenglocken 130 und eine Anzahl von zugehörigen Auffangschalen 150 auf.
Wenn die Verteileinrichtung ein Teil der Einspritzzonen-Mischeinrichtung
ist, sammelt die Verteileinrichtung das Fluid aus dem Grobverteilungsnetz
und der Wirbelkammer. Das Fluid wird dann durch gegenseitiges Mitreißen des
Gases und der Flüssigkeit
in den Blasenglocken weiter vermischt. Der aus den Blasenglocken
austretende Fluidstrom wird durch die je einer Blasenglocke zugeordneten
Auffangschalen aufgeteilt, um eine im Wesentlichen symmetrische
und gleichmässige
Strömungsaufteilung
des Fluids über
die Katalysatoroberfläche
zu erzielen.
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Wie
ebenfalls in 1 gezeigt, braucht die vorstehend
beschriebene Verteileinrichtung 120 nicht mit der Einspritzzonen-Mischeinrichtung zusammenzuhängen, sondern
kann in dem Reaktionsgefäss angeordnet
sein, zum Beispiel nahe des höchsten Punkts
des Reaktionsgefässes,
um für
eine gleichmäßige Aufteilung
der Strömung
zu einem nachgelagerten Abschnitt des Reaktionsgefässes zu
sorgen. Wenn die Verteileinrichtung in dieser Weise bereitgestellt
wird, wird sie Fluid von oben sammeln, es weiter mischen und gleichmäßig verteilen.
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Nun
wird auf 2 Bezug genommen, die einen
Teil der Einspritzzonen-Mischeinrichtung
zeigt. Die Einrichtung füllt
im Wesentlichen den ganzen Querschnitt des Gefässes aus und wird von einer
Lagerkonstruktion 60 getragen. Die Lagerkonstruktion hat
die Form eines Wagenrads mit einer zentralen Nabe und radialen Stützträgern als
Speichen. Die gesamte Konstruktion wird im Reaktionsgefaß durch
einen einzigen Lagerring 62 getragen, der an der Innenseite
der Gefässwand
durch Schweissen, Schmieden oder sonstige Maßnahmen befestigt ist. Die
unteren Flansche 70 der radialen Stützträger haben am wandseitigen Ende
eine Ausnehmung, damit ein Steg 68 der radialen Stutzträger 66 auf
den Lagerring passt. Die Oberseite des unteren Stützträgerflanschs 70 und
die Oberseite des wandseitigen Lagerrings 62 liegen auf
derselben Höhe,
um Einbau und Abdichtung des Umverteilungsbodens zu erleichtern.
Die Stützträger können mit
Bolzen an (nicht dargestellten) an der Wand angebrachten Positionierungsansätzen befestigt
werden, um die Stabilität
zu erhöhen.
Eine zentrale Nabe 64, diekonzentrisch zum Reaktionsgefäss liegt,
kann die Grösse
einer Einstiegsluke haben, um Wartungsarbeiten im Gefäß zu ermöglichen.
Eine erste Gruppe von Stützträgern 66 verläuft von
der zentralen Nabe radial nach außen zum Lagerring 62.
Die Stützträger 66 haben
einen Flansch 70 zum Tragen der Umverteilungsplatte 122. Vorzugsweise
sind die Träger 66 I-förmig, und
ihr Steg 68 weist in der Nähe der Umverteilungsplatte eine
Anzahl von Öffnungen 72 auf,
um den Querfluss von Fluiden in Umfangsrichtung des Reaktionsgefässes zu
ermöglichen.
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Unterhalb
der Spritzplatte befindet sich die Verteileinrichtung 120.
Die Verteileinrichtung kann an der ersten Gruppe von Radialträgern befestigt
sein (wenn zwei Gruppen vorhanden sind), indem die Einrichtung zum
Beispiel am unteren Flansch der ersten Radialträgergruppe gelagert und, falls
gewünscht, durch
beliebige geeignete Mittel am unteren Flansch der Radialträger befestigt
wird. Wie in den 6A und 6B gezeigt,
besitzt die Verteileinrichtung eine Umverteilungsplatte 122 mit
einer Mehrzahl von Öffnungen 124,
einer Mehrzahl von Blasenglocken 130 und einer Mehrzahl
von Auffangschalen 150. Vorzugsweise nimmt die Umverteilungsplatte
im Wesentlichen den gesamten Querschnitt des Gefäßes ein und ist im Wesentlichen
horizontal ausgerichtet, um eine im Wesentlichen waagrechte Fläche zum Sammeln
des Fluids aus dem Grobverteilungsnetz bereitzustellen. Die Öffnungen 124 in
der Platte sind vorzugsweise symmetrisch verteilt, um eine symmetrische
Fluidverteilung uber die Katalysatoroberflache zu erreichen.
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Die 6A und 6B zeigen
Blasenglocken, die den Öffnungen
der Umverteilungsplatte zugeordnet sind. Vorzugsweise ist je eine
Blasenglocke je einer Öffnung
zugeordnet, zum Beispiel über
ihr angeordnet, um den im Wesentlichen einzigen Weg zu bilden, auf
dem Fluid durch die Umverteilungsplatte gelangt. Bei der vorliegenden
bevorzugten Ausführungsform
ist die Umverteilungsplatte abgedichtet, um zu verhindern, dass
die Fluide die Blasenglocken umgehen. Da die Plattenöffnungen
symmetrisch verteilt sind, sind die Blasenglocken ebenfalls symmetrisch
verteilt. Es versteht sich jedoch, dass viele andere Anordnungen
geeignet sein können.
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Allgemein
ausgedrückt
besteht eine der Überlegungen
für den
Entwurf des Bodens darin, dass eine ausreichende Anzahl von Blasenglocken vorhanden
sein soll, um eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung über der
gesamten Oberfläche
der Platte sicherzustellen. Die optimale Anzahl von Blasenglocken
für einen
gegebenen Zweck hangt von vielen Faktoren ab, wobei der offensichtlichste
die Größe des Reaktionsgefäßes ist.
Weitere ins Gewicht fallende Faktoren können die Geschwindigkeit des
Flüssigkeits-
und Gasstroms zum Reaktionsgefäß sowie
der in der flüssigen
Phase verbleibende Anteil des Fluids sein. Im Allgemeinen wird der
Entwurf der Umverteilungsplatte die passende Anzahl von Blasenglocken
vorsehen, um eine annehmbare Flüssigkeitsverteilung
sicherzustellen und einen optimalen Flüssigkeitspegel auf der Oberseite
des Bodens herzustellen und gleichzeitig den Gasstrom durch jede
Blasenglocke für
eine gegebene Einspeisegeschwindigkeit und Reaktorgefässgrösse zu optimieren.
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Die
Blasenglocken 130 weisen ein Steigrohr 132 und
eine beabstandete Glocke 140 auf, um einen umgedreht U-förmigen Strömungspfad
für das
Gas und die Flüssigkeit
zu bilden. Das Steigrohr, das von im Wesentlichen zylindrischer
Gestalt ist, besitzt eine untere Lippe 134 oder Verlängerung,
die in einer Ausnehmung der Platte 122 aufgenommen ist,
und ein oberes Ende 138. Das Steigrohr kann von einer Rohrmateriallange
abgeschnitten oder aus einem Blech gegebener Länge gerollt werden. Das Steigrohr
wird an der Umverteilungsplatte zum Beispiel durch Metallwalzen
oder Schweissen oder irgendeine andere ähnliche und geeignete Maßnahme befestigt.
Das Steigrohr hat zwischen der unteren Lippe und dem oberen Ende
einen inneren Durchgang 136, der einen Strömungsverbindungsweg
durch die Umverteilungsplatte bildet. Bei einer der bevorzugten Ausführungsformen,
bei der je eine Blasenglocke je einerÖffnung zugeordnet ist, bildet
der Innendurchgang des Steigrohrs im Wesentlichen den einzigen Strömungsverbindungsweg
durch die Umverteilungsplatte.
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Die
Glocke
140 umschließt
das obere Ende des Steigrohrs, ist aber vom Steigrohr beabstandet, um
einen Blasenglocken-Ring (oder Ringraum) zu bilden. Die Glocke weist
eine obere Wand
142 auf, die rings um ihren Umfang in einer
nach unten erstreckten Schürze
144 endet,
die über
der Oberseite der Umverteilungsplatte endet und einen Spalt zwischen
der Schürze
und der Oberfläche
der Umverteilungsplatte bildet. Vorzugsweise weist die Glocke im untersten
Bereich ihres Außenumfangs
eine Mehrzahl von Schlitzen
146 auf, wie im
US-Patent Nr. 3 218 249 gezeigt, das
durch Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung aufgenommen wird.
Die Schlitze ermöglichen
es dem Gas oder Dampf, in den Ringraum zu strömen. Die Schlitze sorgen auch
für einen
Druckabfall in der Weise, dass der Flüssigkeitspegel in dem durch
die Glocke und das Steigrohr gebildeten Ringraum höher als
der Flüssigkeitspegel auf
der Umverteilungsplatte ist. Der höhere Flüssigkeitspegel im Ringraum
gleicht tendenziell etwaige Unregelmässigkeiten im Flüssigkeitspegel
auf der Umverteilungsplatte aus und gewährleistet tendenziell einen
im Wesentlichen gleichmässigen
Gas-Fm ssigkeits-Strom durch jede Blasenglocke und eine im Wesentlichen
gleichmäßige Vermischung
des Gases und der Flüssigkeit.
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Wenigstens
ein Abstandshalter 148 ist zwischen dem Steigrohr und der
Glocke angeordnet, um die beiden in einer beabstandeten Beziehung
zueinander zu halten. Der oder die Abstandshalter können auch
in der Weise angeordnet sein, dass das Steigrohr und die Glocke
in einer konzentrischen Beziehung zueinander gehalten werden. Der
Abstandshalter kann an dem Steigrohr, der Glocke oder beiden befestigt
sein, so dass die obere Wand der Glocke auf dem Abstandshalter ruht.
Vorzugsweise verlaufen die Abstandshalter radial nach außen, um
die Glocke bezüglich
des Steigrohrs im Wesentlichen zentriert zu halten.
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Die
Blasenglockenkonstruktion fördert
eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung,
selbst wenn der Boden nicht vollkommen waagrecht ist oder wenn hinsichtlich
der Flüssigkeitstiefe
Unterschiede zwischen verschiedenen Stellen des Bodens bestehen. Darüber hinaus
werden im Vergleich zu einer kaminartigen Verteileinrichtung die
Flüssigkeitsphase und die
Gasphase in engeren Kontakt zueinander gebracht. Dies steigert den
Grad des thermischen Ausgleichs zwischen den Reaktionsteilnehmern.
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Im
Betrieb sammelt sich die Flüssigkeitsphase,
die von der Dampf- oder (Gas-) Phase durch Schwerkraft im Wesentlichen
getrennt wird, sobald sie aus dem Grobverteilungsnetz fällt, auf
der Umverteilungsplatte bis zu einem Füllstand unterhalb der Schlitztiefe
der Blasenglocken an, wobei der Füllstand hauptsächlich durch
die Gasströmungsrate
pro Glocke bestimmt ist. Selbstverständlich ist es notwendig, dass
einige der Schlitzöffnungen
oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche freiliegen,
damit das Gas hindurchgelangen kann.
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Der
Druckabfall durch den Umverteilungsboden im Reaktionsgefäß, der normalerweise
recht klein ist, zwingt das Gas unter die Glocke, entweder durch
die Schlitze oder unter der Glocke hindurch. Das Gas reißt beim
Durchgang durch die Schlitze oder unter die Glocke die Flüssigkeit
mit, die sich auf der Oberseite des Bodens befindet. Das Fluid (Gas und
Flüssigkeit)
strömt
dann nach oben durch den Ringraum zwischen der Glocke und dem Steigrohr, wechselt
die Richtung und fliest durch den Durchgang, der durch das Steigrohr
gebildet ist. Das untere Ende des Steigrohrs erstreckt sich durch
die Ausnehmung der Platte, um einen Auffangrand zur Abscheidung
von Flüssigkeit
zu bilden.
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Obwohl
Blasenglocken das Fluid zufrieden stellend über die Katalysatorfläche verteilen
können, kann
eine Erhöhung
der Anzahl von aus der Umverteilungsplatte austretenden Fluidrieselströmen die symmetrische
Verteilung des Fluids über
die Katalysatorflache weiter verbessern. Folglich sind gemäß einer
Ausführungsform
wenigstens einige horizontale Auffangschalen 150 bereitgestellt,
die wenigstens einigen Blasenglocken zugeordnet und unter den zugeordneten
Blasenglocken angeordnet sind. Je eine Auffangschale kann je einer
Blasenglocke zugeordnet und unter dieser angeordnet sein, um die
Flüssigkeit
aus dieser Glocke zu sammeln und in einem feiner aufgeteilten und
noch symmetrischeren Muster zu verteilen, als es ohne die Auffangschale
erreichbar ist.
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Die
Konstruktion der Auffangschale 150 umfasst einen Boden 152 und
eine Mehrzahl von Seitenwänden 154,
die sich vom Boden nach oben erstrecken. Der Boden weist wenigstens
einen Auslass 156 auf und hat vorzugsweise zwei Auslässe, um
die Anzahl von Rieselströmen
effektiv zu vervielfachen. Wie in 6B gezeigt,
hat der Boden der Auffangschale eine Mehrzahl von Auslässen, die
relativ nahe an den Ecken angeordnet sind, um die Flüssigkeit
gleichmässig
aus der Auffangschale abzugeben. Es ist jedoch anzuerkennen, dass
eine Vielzahl von Verfahren oder Vorrichtungen geeignet sein können, das Ziel
einer Vervielfachung der Anzahl von Rieselströmen zu erreichen.
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Die
Auffangschale ist an der Umverteilungsplatte zum Beispiel durch
Schweissen befestigt. 6B zeigt Befestigungsansätze 158,
die sich von der Auffangschale nach oben erstrecken, um an der Unterseite
der Umverteilungsplatte befestigt zu werden. Selbstverständlich können beliebige
andere geeignete Befestigungsmethoden verwendet werden. Die Auffangschale
ist von der unteren Mündung
des Steigrohrs beabstandet und horizontal ausgerichtet. Die horizontale
Anordnung der Auffangschale (oder Auffangschalen) ermöglicht es,
dass die abwärts wandernde
Flüssigkeit
sich in der Auffangschale sammeln kann und dann aus der Auffangschale
in wenigstens einem und vorzugsweise mehr als einem Strom durch
die Auslässe
entlassen werden kann. Vorzugsweise ist die Auffangschale in einem
Abstand von ungefähr
1 bis 2 Zoll von der Umverteilungsplatte beabstandet.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend beschriebene Blasenglockenkonstruktion
selbst dann für
eine im Wesentlichen gleichmässige
Flüssigkeitsverteilung
sorgt, wenn die Umverteilungsplatte nicht vollkommen waagrecht ist
oder wenn über
die Plattenfläche
gesehen Unterschiede in der Flüssigkeitstiefe
bestehen. Darüber
hinaus werden die Flüssigkeitsphase
und die Gasphase in engeren Kontakt zueinander gebracht, insbesondere
im Vergleich zu kaminartigen Verteilern des Standes der Technik. Folglich
wird der Grad des thermischen Ausgleichs zwischen den Reaktionsteilnehmern,
d.h. dem Gas und der Flüssigkeit,
gesteigert.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
kann anstelle einer Auffangschale ein Ablenkblech genau unter dem
Auslass des Innendurchgangs 336 des Steigrohrs befestigt
werden (10, 11 und 12).
Die in den 10 und 11 (sowie
in den unten erörterten 13, 16 bis 19)
veranschaulichte Blasenglocke besitzt eine andere Konstruktion als
die Blasenglocke nach 6B. In den 10, 11, 13 und 16 bis 19 sind mehrere
Elemente, immer wenn dies angemessen ist, mit Bezugszahlen bezeichnet,
die die gleichen zwei letzten Stellen haben wie die entsprechenden Elemente
in den vorangehenden Figuren. Zum Beispiel entspricht die Platte 322 nach
der 10 der Platte 122 nach der 6A.
Die grundsätzliche
Konstruktion der Blasenglocke nach den 10, 11 (und
somit 13 und 16 bis 19) ist im Stand der Technik bekannt (bis auf
die erfindungsgemässen
Abwandlungen) und wird hier nur zusammengefasst. Die Blasenglocke
dieser Figuren besitzt eine Schürze 344, einen
Abstandshalter 348 und ein Steigrohr 332 (10).
Zwischen der Schürze
und dem Steigrohr ist ein Ringraum gebildet. Die untere Lippe 334 des Steigrohrs
und die Außenkante
des Ablenkblechs 301 bilden eine Verteilungsmündung 303 des
Steigrohrauslasses (12). Die Pfeile in 12 zeigen die
Richtung der Fluidströmung
aus der Verteilungsmündung
des Steigrohrauslasses. Das Ablenkblech kann verschiedene Formen
annehmen, darunter beispielsweise folgende: eine im wesentlichen
flache, massive, runde Scheibe (10 und 11),
eine kegelstumpfförmige
Scheibe oder einen Kegel, dessen Spitze nach oben zum Auslass des
Steigrohr-Innendurchgangs 336 weist. Der Kegel kann in
seiner Seitenfläche Öffnungen
aufweisen. Beispiele für
geeignete Ablenkbleche sind in den 10 und 13 bis 15 dargestellt.
In 13 ist ein umgedreht kegelförmiges Ablenkblech 301C dargestellt. 14 ist
die Draufsicht auf ein im Wesentlichen flaches, massives Ablenkblech
mit Öffnungen 350.
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15 ist
eine Draufsicht auf ein Ablenkblech, das die Form einer im Wesentlichen
flachen Scheibe mit Schlitzen 600 und einer Öffnung 601 besitzt.
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Der
Querschnitt des Ablenkblechs kann jede geeignete Form haben, zum
Beispiel kreisförmig (oder
rund) oder pyramidenförmig.
Wenn das Ablenkblech pyramidenförmig
ist, wird es vorzugsweise unter dem Auslass des Steigrohr-Innendurchgangs in der
Weise angeordnet, dass die Spitze der Pyramidenflächen in
den Durchgang gewandt sind (ähnlich wie
in 13 für
das kegelförmige
Ablenkblech gezeigt). Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Querschnitt
des Ablenkblechs kreisförmig
(10 bis 11). Die
Ablenkbleche können
in beliebiger geeigneter Weise genau unter dem Auslass des Steigrohr-Innendurchgangs
angebracht werden. Eine Art der Befestigung eines Ablenkblechs ist
in den 10 und 13 dargestellt.
In den 10 und 13 ist
das Ablenkblech durch ein Befestigungsmittel, zum Beispiel einen
Quersteg 320, an einer unteren Lippe 334 befestigt.
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Der
Abstand zwischen dem Auslass des Steigrohr-Innendurchgangs und einem
Ablenkblech kann in Abhängigkeit
von einer Vielzahl von Faktoren, wie z.B. der Prozessplanung, variieren
und kann von einschlägigen
Fachleuten bemessen werden.
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Im
Gegensatz zur Auffangschale 210 besteht jedoch die Hauptabsicht
(oder – funktion)
des Ablenkblechs darin, dass der grösste Teil des abwärtsfliessenden
Fluids aus dessen im Prinzip vertikal nach unten führendem
Weg, als relativ schmaler Strom durch die Mitte der Verteilungsmündung des
Steigrohrauslasses (wie dies häufig
bei Steigrohren ohne Ablenkblech der Fall ist), umgelenkt wird.
Bei Verwendung eines Ablenkblechs wird das Fluid in einem gegebenen
Muster über
einen breiteren Bereich des darunter liegenden Katalysatorbetts
verteilt.
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Vorzugsweise überlappen
sich die Sprühmuster,
die aus benachbarten Ablenkblechen hervorgehen, und schaffen dadurch
eine im Wesentlichen gleichmässige
Fluidabdeckung des Katalysatorbetts. Dies kann durch verschiedene
Maßnahmen erreicht
werden, zum Beispiel durch Einstellung der Geschwindigkeit des Fluidstroms
durch die Verteilungsmündung 303.
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Die
vorliegende Erfindung erwägt
ferner noch eine weitere alternative Maßnahme zur Erhöhung der
Anzahl von aus der Umverteilungsplatte austretenden Fluidrieselströmen, um
die symmetrische Verteilung des Fluids Über die Katalysatoroberfläche weiter
zu verbessern. Folglich zieht die vorliegende Erfindung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
in Betracht, eine Mehrzahl von Steigrohrschaufeln vorzusehen, die
wenigstens einigen Blasenglocken zugeordnet (oder in ihnen enthalten)
sind und zwischen dem oberen Ende 438 des Steigrohrs 432 und
der Unterseite der oberen Blasenglockenwand 442 angeordnet
sind (16, 17) .
Vorzugsweise ist jedem Steigrohr 432 ein Satz von Steigrohrschaufeln 460 zugeordnet,
der unmittelbar am oberen Ende des Steigrohrs konzentrisch zu diesem
befestigt ist. Vorzugsweise sollte die Oberkante der Steigrohrschaufeln
bündig
mit der Unterseite der oberen Wand 442 der Blasenglocke
abschliessen, um zu verhindern, dass zwischen der oberen Wand 442 der
Blasenglocke und den Steigrohrschaufeln Fluid hindurchtreten kann.
Die Steigrohrschaufeln sind voneinander beabstandet (17)
und bilden dadurch zwischen sich Schaufeldurchlässe 461 für eine Strömungsverbindung
zwischen dem Ringraum der Blasenglocke und dem Innendurchgang 436 des Steigrohrs, wobei
die Schaufeldurchlässe
vorzugsweise der einzige Strömungsverbindungsweg
zwischen dem Ringraum der Blasenglocke und dem Innendurchgang des
Steigrohrs sind. Wenigstens ein Abstandshalter 448 ist
zwischen dem Steigrohr und der Glocke angeordnet, um diese zwei
Elemente in Abstand voneinander zu halten. Der oder die Abstandshalter
können
auch in der Weise angeordnet werden, dass das Steigrohr und die
Glocke konzentrisch zueinander gehalten werden. Der Abstandshalter
kann an dem Steigrohr, der Glocke oder beiden befestigt sein, so
dass die obere Glockenwand auf dem Abstandshalter ruht. Vorzugsweise
verlaufen der bzw. die Abstandshalter radial nach aussen, um die
Glocke bezüglich
des Steigrohrs im wesentlichen zentriert zu halten.
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Im
Betrieb werden Flüssigkeit
(und Dampf), die aus dem Ringraum der Blasenglocke in die Schaufeldurchlässe eintreten,
in die Umfangsrichtung entlang der Innenwand des Steigrohrs 432 gelenkt.
Im Gegensatz hierzu würden
die Flüssigkeit (und
der Dampf) ohne die Schaufeln wahrscheinlich auf einem Zufallsweg
nach unten fliesen, üblicherweise
durch die Mitte des Innendurchgangs 436 des Steigrohrs.
Der in Umfangsrichtung erfolgende Strömungspfad der Flüssigkeit
(und des Dampfs) führt
zu einer gleichmässigeren
Benetzung der Innenwand des Steigrohrs 432 und somit zu
einer gleichmässigeren
Verteilung der Flüssigkeit
bei deren Herabfallen von einer unteren Lippe 434 des Steigrohrs
(ähnlich
der Lippe 134 in 6B). Es
wird ferner angenommen, dass die Steigrohrschaufeln bei deren Verwendung
in Verbindung mit den zuvor erörterten
Ablenkblechen eine maßgebliche
Verbesserung der Gleichmäßigkeit
der Verteilung der Fluide zu dem darunter liegenden Katalysatorbett
leisten.
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Die
Steigrohrschaufeln können
flach sein, eine gekrümmte
Form aufweisen oder zu einem Winkel geschnitten sein und können aus
demselben Rohrmaterial oder gerollten Blechgut hergestellt sein wie
das Steigrohr 432. Die 18 und 19 veranschaulichen
eine Ausführungsform,
bei der die Steigrohrschaufeln 560 zu einem Winkel geschnitten
sind. Ferner können
bei dieser Ausfuhrungsform in der unteren Lippe 534 des
Steigrohrs ausgebildete Kerben 562 dazu beitragen, die
Verteilung der aus dem Innendurchgang des Steigrohrs austretenden
Flüssigkeit
zu vergleichmäßigen. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Steigrohrschaufeln einstöckig mit dem Steigrohr und
werden gebildet, indem der oberste Teil des Rohrmaterials, aus dem
das Steigrohr hergestellt wird, maschinell bearbeitet und gebogen
wird.
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Die
Verteileinrichtung weist eine Umverteilungsplatte auf, die eine
Mehrzahl von Öffnungen
und eine Mehrzahl von Blasenglocken besitzt, wobei wenigstens einige
der Blasenglocken wenigstens einigen der Öffnungen zugeordnet sind, und
das Wirbelkammerfluidgemisch sammelt. Das gesammelte Wirbelkammerfluidgemisch
wird durch die Umverteilungsplatte über die Öffnungen und die Blasenglocken
befördert.
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Bei
einer Ausföhrungsform
sind eine Mehrzahl von im Wesentlichen horizontalen Auffangschalen
vorhanden, wobei wenigstens einige der Auffangschalen unterhalb
der Umverteilungsplatte angeordnet und wenigstens einigen der Blasenglocken
zugeordnet sind, wobei die Auffangschalen das aus den Blasenglocken
austretende Fluid auffangen und es durch wenigstens einen in den
Auffangschalen ausgebildeten Auslass weiterleiten. Wenn im Fluid
Gas vorhanden ist, erfolgt in den Blasenglocken und auf den Auffangschalen
wenigstens eine gewisse Trennung des Gases vom Fluid.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform,
bei der die Lenkbleche an der Innenseite der Wirbelkammer angebracht
sind, besteht keine Notwendigkeit, die Lenkbleche wahrend der Wartung
zu entfernen. Folglich kann die Wirbelkammer leicht gewartet werden.
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Bei
einer Ausführungsform
wird zu den auf dem Umverteilungsboden angeordneten Blasenglocken
je eine Auffangschale verwendet. Die Blasenglocken ergeben eine
gute Verteilung von Gas und Flüssigkeit über die
Querschnittsfläche
unterhalb des Umverteilungsbodens. Die Auffangschalen verbessern
die Flüssigkeitsverteilung
durch Vervielfachung der Flüssigkeitsverteilungspunkte.
Die Auffangschalen können
sich auch unter feststehenden internen Elementen, wie zum Beispiel
Trägern
oder Wandlagerringen, erstrecken, um Bereiche zu benetzen, die durch
die normale Blasenglocke oder durch eine kaminartige Verteileinrichtung
nicht erreicht werden könnten.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird ein Ablenkblech verwendet, um im wesentlichen zu verhindern,
dass Fluid in einem relativ dünnen
Strahl im Wesentlichen durch die Mitte des Steigrohrquerschnitts
fließt.
Das Ablenkblech sorgt für
eine im Wesentlichen gleichmässige
Verteilung des Fluids in einem Muster über einen breiteren Bereich
des darunter liegenden Katalysatorbetts.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
bilden eine Mehrzahl von Steigrohrschaufeln, die in wenigstens einer
der Blasenglocken – zwischen
dem oberen Ende des Steigrohrs und der Unterseite einer oberen Wand
der Blasenglocke – enthalten
sind, Schaufeldurchlässe.
Die Schaufeldurchlässe
bewirken, dass die Fluide (Flüssigkeit
und Dampf) in Umfangsrichtung entlang der Innenwand des Steigrohrs
gelenkt werden, wodurch eine gleichmäßigere Verteilung der Flüssigkeit
bei deren Austritt aus dem Steigrohr begünstigt wird.
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Aus
einem anderen Blickwinkel gesehen offenbart die vorliegende Anmeldung
eine Zwischenzonenmischeinrichtung, die folgende Merkmale aufweist:
eine Wirbelkammer mit einem Flüssigkeitssammelboden,
auf dem ein Material wirbelt; eine Verteileinrichtung mit einer
Mehrzahl von Blasenglocken, die jeweils eine Steigrohrschaufel aufweisen; und
ein Grobverteilungsnetz, das zwischen der Wirbelkammer und der Verteileinrichtung
angeordnet ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen weist der Flüssigkeitssammelboden
eine Mehrzahl von Bodenhindernissen auf, die in dem Material während des
Wirbelns eine örtliche
I urbulenz verursachen, wobei solche Bodenhindernisse geeignete
Formen aufweisen, zum Beispiel dachförmige Schrägplatten oder flache, V-förmige, wellenförmige oder
U-förmige
Bodenleitbleche. Die Bodenhindernisse können vorteilhaft in den Flüssigkeitssammelboden
integriert sein. Die Blasenglocken weisen vorzugsweise eine Mehrzahl von
Steigrohrschaufeln auf, die vorteilhaft zwischen dem Steigrohrabschnitt
und dem Glockenabschnitt der jeweiligen Blasenglocken angeordnet
sind. Es wird besonders bevorzugt, dass die Steigrohrschaufeln,
die vorzugsweise flach, gekrümmt
oder zu einem Winkel geschnitten sind, voneinander beabstandet sind,
um Schaufeldurchlasse zu bilden.
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Es
versteht sich, dass ein breiter Bereich von Änderungen und Abwandlungen
an den oben beschriebenen Ausführungsformen
vorgenommen werden können.
Es ist daher beabsichtigt, dass die vorstehende Beschreibung die
vorliegende Erfindung eher veranschaulicht als beschrankt und dass
nur die nachstehenden Ansprüche,
einschließlich
aller Äquivalente,
die vorliegende Erfindung definieren.